厚煤层掘进工作面强震动诱发底煤卸压失效机理研究
作者：
刘玉宾, 朱斯陶, 张修峰, 王绪友, 李增强, 周均忠, 张斌, 王高昂
作者单位：
1. 北京科技大学 土木与资源工程学院, 北京 100083;
2. 山东能源集团有限公司, 山东 济南 250014;
3. 兖矿新疆能化有限公司, 新疆 乌鲁木齐 830054;
4. 山东东山古城煤矿有限公司, 山东 济宁 272000;
5. 鄂尔多斯市营盘壕煤炭有限公司, 内蒙古 鄂尔多斯 017300
扫一扫
阅读全文
摘要
针对厚煤层掘进工作面底煤爆破断底卸压后仍发生冲击地压的现象, 以新疆硫磺沟煤矿厚煤层掘进工作面为工程背景, 采用现场调研、理论分析、数值模拟等方法, 对厚煤层掘进工作面强震动诱发底煤卸压失效机理进行研究。研究结果表明: 由于掘进导致围岩卸荷过程中煤体剪切破坏产生强烈震动, 震动波能量主要被松散底煤吸收, 最终导致底煤发生冲击; 提出了强震动诱发底煤卸压失效的能量判据, 基于此计算得到硫磺沟煤矿厚煤层掘进工作面底煤抛出高度Hc=1.26 m, 验证了理论分析的准确性, 同时得到卸压底煤冲击的临界震源能量EZ=13.7 kJ; 最后通过FLAC3D模拟了不同震源能量对卸压底煤的扰动效应, 得到当震源总能量为22, 32, 42 kJ时, 底煤最大垂直速度分别为4.32, 6.91, 16.65 m/s, 底煤最大位移量分别为0.11, 0.57, 1.40 m; 底煤垂直速度随着震源总能量的增加不断增大, 随着动载作用时间的增加呈现先迅速增大后迅速减小最后衰减为零的趋势; 底煤位移随着震源总能量的增加而增大, 随着动载作用时间的增加其增大趋势逐渐变缓, 在动载作用时间为3/5个周期时达到最大值, 辅助验证了理论分析的准确性。
图片
图 1 (4−5)06W掘进工作面概况
图 2 断底卸压措施示意
图 3 震动事件发生位置示意
图 4 巷道破坏情况示意
图 5 复合煤层掘进工作面超前支承压力分布示意[14]
图 6 震动波波型示意
图 7 震动波诱发卸压底煤冲击理论模型
图 8 底煤冲击能量指数与震源总能量关系
图 9 底煤卸压失效数值模型
图 10 不同震源能量条件下卸压底煤的垂直速度动态响应特征
图 11 不同震源能量条件下底煤的位移动态响应特征
作者简介
通讯作者简介：
朱斯陶（1990—），男，博士，北京科技大学资源工程系副教授，博士生导师，主要从事煤矿冲击地压/矿震发生机理、监测预警及防治研究。主持国家自然科学面上、青年基金、重点研发计划任务、博士后基金等6项。获中国科协青年人才托举、绿色矿山青年科技奖、省部级科技进步一/二等奖等10余项，发表第一/通讯作者SCI、EI论文40余篇，出版著作3部，授权国家发明专利20余项，软件著作权10项。承担山东、内蒙、新疆、黑龙江、河南等矿区动力灾害防治项目60余项。取得多项创新性成果，揭示了煤矿开采型矿震及诱发灾害类型与发生机理，构建了煤矿开采型矿震及诱发灾害预测方法，提出了基于顶板裂化的煤矿开采型矿震源头主动防控成套技术；研究了我国煤矿整体失稳型冲击地压类型与发生机理，提出了整体失稳型冲击危险的评估方法和防治对策；构建了以“分类治理”为核心思想的冲击地压“七模块”防治技术体系，研究成果在我国巨厚表土、巨厚硬岩、巨厚煤层、多煤层及孤岛等二十余个冲击地压/矿震矿井中得到了广泛应用。
本文引用格式
刘玉宾, 朱斯陶, 张修峰, 等. 厚煤层掘进工作面强震动诱发底煤卸压失效机理研究[J]. 采矿与岩层控制工程学报, 2024, 6(5): 053021.
LIU Yubin, ZHU Sitao, ZHANG Xiufeng, et al. Study on mechanism of pressure relief failure of bottom coal induced by strong vibration in driving face of thick coal seam[J]. Journal of Mining and Strata Control Engineering, 2024, 6(5): 053021.
